金属和聚乙烯复合的管道制造技术

本发明专利技术提供了一种金属和聚乙烯复合的管道，复合管道的管壁中有具有孔洞的作为增强体的筒形金属骨架，经过接枝改性的具极性基团的聚乙烯连续体通过筒形金属骨架上的孔洞在骨架的内、外将骨架的表面牢固粘结和包覆，接枝改性的聚乙烯接枝率为０．１２％～１．５％，本发明专利技术能解决金属与聚乙烯复合二者界面不易牢固粘结复合为一体的技术难题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及聚乙烯材料的接枝改性，将其由非极性聚合物改性为极性聚合物，涉及金属和聚乙烯复合的管道生产技术，特别涉及有孔洞的作为增强体的金属筒形骨架与有极性的聚乙烯材料复合的管道和管件。
技术介绍
金属与聚合物复合的管道包括管材和管件已有许多的技术及专利报道，在实际工程应用中也有大量的产品和工程应用，这种复合管道已成为重要的产业在不断发展和进步。金属管道有较高的强度及较低的热线胀系数，但其不耐腐蚀，不仅不能输送腐蚀性流体，即使输送不腐蚀流体，埋地等应用时至少也要作表面防电腐蚀的防护处理。聚合物管有较好的防腐蚀性能，也方便连接，在饮用水和腐蚀性流体输送，化工工程应用方面，有非常好的使用性能，但在输送压力要求较高，输送流体温度高于50℃～80℃时纯聚合管的承压能力大大折减，特别是热线胀系数是金属管的十倍以上，纯聚合管的应用受到限制。由于上述两种管各有优异的性能，但各又有不可克服的问题存在，因此金属与聚合物复合的管道作为一种优点结合，缺点克服的管道有了长足的发展。这种复合管多以金属管或骨架作为增强体，根据工程需要在其内壁和/或外壁复合聚合物材料。由于在管的内外壁复合聚合物，该聚合物主要承担防腐功能，所以管与管、管与管件之间的连接还主要依靠金属管及骨架之间的焊接连接或螺纹连接，靠聚合物之间的熔焊和对接还承受不了系统压力要求。特别是直径在φ630以上的管道，基本依靠金属管之间的焊接连接，φ630以下的管即使焊接了，但内壁由于焊接缝无法进入人员，再次复合聚合物对接头处防腐，使金属管与聚合物管在小于φ630以下的复合管的工程应用出现困难。因为若对金属管和骨架对接焊或螺纹连接，连接处破坏了的聚合物复合层地方内壁无法修复。因此在此背景情况下，以有孔洞的金属骨架作为增强体在骨架上复合聚合物的复合管道有了充分的发展。这种管强度主要由金属增强骨架承受，聚合物连续体主要承担防腐和管与管，管与管件之间的熔融连接，但聚合物与金属管，金属筒形骨架之间的复合也存在许多重要的技术困难和问题。一般防腐性能好，耐化学药品性能好，输送饮用水符合标准的聚合物都属于非极性聚合物如聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)，但与其复合的界面或表面是金属表面，如铝板带、钢板带，这些表面是典型的极性表面，二者之间根本不能粘结和亲合，虽然聚合物连续体将其表面包覆和复合，但界面实际是分离的，为此人们在生产和应用这种复合管道时，在二者界面的粘结、亲合，实现真正意义上的复合上采用了很多办法。因为不解决二者界面的亲合性，不能使二者界面真正粘合、牢固复合为一体，实际上我们并没有真正获得二者优异性能共同发挥的复合材料。已知和公开的非极性聚合物(如PE或PP)与极性的钢金属表面和铝金属表面的牢固粘结、复合在一起，到目前为止还主要是依靠在二者界面之间，增加一层粘结剂层或涂覆一层能使二者亲合和牢固复合在一起的过渡层。具体的技术方案有许多种。一种是在界面之间使用有极性基团的但又能与非极性聚合物融合和粘结为一体的粘结剂，比如市售的二元共聚的乙烯—丙烯酸乙酯共聚物、乙烯—丙烯酸共聚物，和三元共聚的乙烯—醋酸乙烯—乙烯醇共聚物等等，另一种是在金属表面预先涂覆一层过渡层比如环氧树脂，在其之上再复合一层乙烯—醋酸乙烯共聚物，再与非极性的聚合物复合。这些粘结剂层或涂覆的过渡层都能较好将极性金属表面和非极性的聚合物牢固的复合在一起。但由于需要专门的挤出涂覆设备来涂覆这层粘结剂层，在复合管的生产线上需要多增加至少两台分别在金属管或骨架内外表面挤出涂覆的设备，使投资增加，生产成本增高，工艺不易控制，特别对于直径较小比如φ200管的生产线，是较困难的。为了使粘结剂能有效的涂覆在金属骨架表面，并充分湿润金属极性表面，一般这些粘结剂的加工熔点都较低，融熔指数较高，在界面上虽然能容易的将二者界面粘结复合，但当复合管在较高使用温度时，这层粘结剂层又会在界面上产生因熔点低耐温能力不够的滑移，破坏了作为二者结合起来承担承压和防腐及连接的优异功能，使非极性的复合的聚合物层与金属表面的复合也相应发生滑移，降低了复合管的耐温工程应用温度，实际降低了管的工程性能。加之这种粘结剂层复合技术在有孔洞的金属骨架表面的应用，会使通过孔洞包覆骨架的聚合物连续体因粘结剂层的不耐温熔融和滑移，大大降低复合管的耐温工程性能，严重时甚至会使非极性聚合物连续体通过骨架的孔洞在骨架的内外层之间滑移，破坏了作为二者结合起来承担压力和防腐及连结牢固的优异性能，而大大降低该复合管输送热水介质和腐蚀介质的承压能力。因此即要通过有孔洞的金属增强体骨架来生产与聚合物复合的管道，以便解决前述的方便φ630以下管径的复合管，利用聚合物连续体来实现管与管，管与管件之间的熔融连接，同时又利用骨架的孔洞将包覆的连续体高于金属材料十倍的热线胀的膨胀锁住，使连续体及复合管有类式金属和及金属骨架的线胀率而充分发挥有孔洞的金属骨架与聚合物复合的复合管的优异性能，又要使聚合物连续体与金属极性表面牢固粘结和复合，防止二者界面和断面有流体介质因界面的未牢固复合而渗透入结合界面，使管道防腐和防漏连接功能失效，对于在二者界面用更好、成本更低，复合更可靠，生产更方便、对于复合管功能又能充分发挥的界面牢固粘结和复合的新的技术方案，成了业界追求的重点。为此笔者曾经申请了不少专利和作了许多方案设计，但都没能跳出前述的那几种基本方案，更没有方案，市面业界也没有方案涉及利用聚合物连续体可以采用改性接枝极性基团使非极性聚合物直接具有极性并能直接包覆和牢固粘结复合极性的金属骨架，特别是有孔洞的金属骨架的技术方案，这样一来，即使二者界面牢固粘结和复合为一体，又使有孔洞的金属骨架与聚合物连续体通过孔洞连为一体，即防止聚合物连续体产生聚合物的高于金属骨架十倍的线胀或热膨胀，又能因其牢固复合为一体，可以通过管或管件外壁的热熔或电热熔将其骨架孔洞的内外层聚合物融熔连接起来呈管网，实现可靠的管网熔融连接，解决了金属与聚合物复合的管道不能充分发挥其优异性能，不能方便连接，二者界面不易牢固粘结复合为一体或复合为一体必须涉及粘结剂层或涂覆过渡层的投资大，成本高的技术难题。本申请人申请的申请号200510020523，于2005年9月公开的钢塑复合管生产方法及装置在说明书中曾公开了采用马来酸酐或丙烯酸酯接枝的聚合物作包覆金属骨架的聚合物连续体，以及采用更经济的用上述接枝聚合物15～30％的重量比与没接枝的聚乙烯或聚丙烯共混改性来作为连续体的技术方案，但业内专业人士都知道仅用共混比例来实现牢固的粘结和复合是公开不充分的，因不同聚合物材料与不同的含极性基团的不饱和羧酸的接枝率是很大差别的，可以在0.3～6％范围产生接枝率，与金属如钢和铝的极性表面要实现真正的牢固粘结和复合，在表面有一定处理条件下，上述聚合物和不饱和羧酸的接枝率至少要达到0.12％以上的接枝率，若简单的用15～30％的重量比来共混，技术方案实现不了目的。这都是笔者通过大量的配方和生产及粘结试验总结出来的，因只有通过大量试验才能建立可行的，但与原来公开方案比有明显成本承受能力的新的细微的技术方案，为此笔者在已公开的方案上作了更明确和更准确的改进方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服以上不足，提供一种能解决金属与聚乙烯复合二者界面不易牢固粘结复合为一本文档来自技高网...

【技术保护点】
金属和聚乙烯复合的管道，其特征在于复合管道的管壁中有具有孔洞的作为增强体的筒形金属骨架，经过接枝改性的具极性基团的聚乙烯连续体通过筒形金属骨架上的孔洞在骨架的内、外将骨架的表面牢固粘结和包覆，接枝改性的聚乙烯接枝率为０．１２％～１．５％，有极性基团的聚乙烯连续体是具有羧基或羟基或羰基或酸酐基极性基团的聚乙烯连续体，其红外光谱图有典型的上述极性基团的特征吸收峰。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：甘国工，
申请(专利权)人：甘国工，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]